Chương VI: Nhiệt hóa học Nguyễn sơn
Bạch
CHƯƠNG VI : NHIỆT HÓA HỌC
I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN :
1. Khái niệm về nhiệt động học , nhiệt động hóa học , nhiệt hóa học và nhiệt
phản ứng:
Vật chất không ngừng chuyển động , mọi quá trình chuyển động đều đi kèm theo
sự biến đổi năng lượng. Để nghiên cứu quá trình chuyển động của vật chất cần nghiên
cứu các qui luật biến đổi giữa các dạng năng lượng với nhau.
a. Nhiệt động học (Thermodynamics): là môn học nghiên cứu sự chuyển hóa tương
hỗ giữa tất cả các dạng năng lượng với nhau, đặc biệt là những qui luật có liên quan
tới các biến đổi nhiệt năng thành các dạng năng lượng khác.
Cơ sở lý thuyết của Nhiệt động học là 3 nguyên lý I, II và III. Trong đó quan
trọng nhất là nguyên lý I và II.
b. Nhiệt động hóa học (Chemical thermodynamics): là một nhánh của nhiệt động
học nghiên cứu các qui luật về sự chuyển hóa tương hỗ giữa hóa năng và các dạng
năng lượng khác trong các quá trình hóa học.
c. Nhiệt hóa học (Thermo chemistry): là môn học chuyên nghiên cứu sự chuyển
hóa giữa hóa năng và nhiệt năng, nghĩa là chuyển năng lượng của phản ứng hóa học
thành nhiệt năng.
d. Nhiệt phản ứng ( hay còn gọi hiệu ứng nhiệt của phản ứng): là lượng nhiệt đi kèm
theo một phản ứng dưới dạng thu vào hay phát ra . Người ta phân biệt :
• Hiệu ứng nhiệt trong quá trình đẳng áp ( P = const): ký hiệu ΔH .
• Hiệu ứng nhiệt trong quá trình đẳng tích ( V= const): ký hiệu ΔU.
Quy ước về dấu : * quá trình phát nhiệt có ΔH , ΔU < 0 .
* quá trình thu nhiệt có ΔH , ΔU > 0 .
(Δ = trạng thái cuối – trạng thái đầu )
2. Khái niệm về hệ , trạng thái , quá trình :
a. Hệ (nhiệt động): là lượng xác định của một hay nhiều cấu tử ở điều kiện nhiệt độ,
áp suất và nồng độ xác định. Phần còn lại bao quanh hệ được gọi là môi trường.
Các loại hệ:

các thông số phụ thuộc vào đường đi của quá trình (như nhiệt Q ,công A…)
• Để tiện so sánh, đối chiếu, lập dữ liệu ,các đại lượng nhiệt động
được quy ước ở điều kiện chuẩn của nhiệt hoá như sau:
o Chất phải tinh khiết và ở trạng thái tập hợp bền dưới p và T chuẩn.
o Chất rắn phải ở trạng thái đa hình bền ở điều kiện p và T chuẩn.
o Chất khí phải là khí lý tưởng (ở p chuẩn).
o Chất trong dung dịch thì nồng độ phải là 1 mol/l.
o Áp suất chuẩn là 1 atm (101,325kPa )
38
Chương VI: Nhiệt hóa học Nguyễn sơn
Bạch
o Nhiệt độ chuẩn có thể là bất kỳ, tuy nhiên thường lấy là 298,15
o
K (25°C)
• Trạng thái cân bằng: là trạng thái có giá trị của các thông số trạng
thái ở mọi điểm của hệ phải như nhau và không thay đổi theo thời gian.
c. Quá trình (nhiệt động): khi một hệ chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác
người ta nói hệ thực hiện một quá trình
o Quá trình đẳng áp: p = const
o Quá trình đẳng tích: V = const
o Quá trình đẳng nhiệt: T = const
o Quá trình đoạn nhiệt : Q = const. Hệ không trao đổi nhiệt song có thể
trao đổi công với môi trường xung quanh.
o Chu trình :là quá trình biến đổi hệ qua một số giai đoạn đưa hệ đến trạng
thái cuối trùng với trạng thái đầu.
II. NGUYÊN LÝ I VÀ HIỆU ỨNG NHIỆT:
1. Nguyên lý I nhiệt động học và hiệu ứng nhiệt:
a. Nguyên lý I nhiệt động học:
• Nguyên lý I nhiệt động học chính là một cách phát biểu khác của định luật bảo
toàn năng lượng: “ Không có một dạng năng lượng nào tự sinh ra hoặc tự mất đi,

tương tác hút đẩy của các phân tử, nguyên tử, hạt
nhân, e, năng lượng bên trong hạt nhân. Nói tóm lại,
U là năng lượng toàn phần của hệ trừ động năng và
thế năng của toàn hệ.
• Nội năng U là hàm trạng thái, là thông số dung độ, được đo bằng đơn vị năng
lượng (J/mol; cal/mol). U phụ thuộc vào bản chất, lượng chất, T, p, V, thành phần của
hệ.
• Người ta không thể xác định được chính xác tuyệt đối giá trị nội năng của hệ tại
một trạng thái (vì không thể đưa hệ về nhiệt độ 0 tuyệt đối), nhưng dựa vào năng
lượng phát ra hay thu vào của hệ người ta có thể suy ra một cách chính xác độ biến
thiên nội năng ∆U của hệ khi hệ chuyển trạng thái :
∆U = U
2
– U
1
= Q
v
c. Enthalpy H:
• Đối với quá trình đẳng áp ta có:
Q
p
= ∆U +P∆V = (U
2
– U
1
) + P(V
2
– V
1
)

Bạch
• Trong các phản ứng chỉ có chất lỏng và chất rắn tham gia hoặc phản
ứng xảy ra ở trạng thái dung dịch thì ∆V có giá trị không đáng kể. Do đó khi quá
trình này được thực hiện ở áp suất thấp (áp suất khí quyển) thì P∆V ≈ 0 nên ∆H ≈ ∆U.
• Trong các phản ứng có sự tham gia của pha khí, giả sử khí lý tưởng, ta
có:
PV = nRT
Suy ra : P∆V =∆n.RT (Điều kiện đẳng nhiệt , đẳng áp )
Nên: ∆H = ∆U +∆n.RT
Khi ∆n = 0 => ∆H =∆U Với: { ∆n = ∑n
khí (SẢN PHẨM)
-∑n
khí (CHẤT ĐẦU)
}
R= 1,987cal/mol
0
K = 8,314 J/mol
0
K
b. Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn:
• Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn của một chất (∆H
0
298 tt
)là hiệu ứng nhiệt của phản
ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất bền vững nhất ở điều kiện tiêu chuẩn
(25°C,1atm).
TD : C(graphit) + O
2
(k) → CO
2

điều kiện tiêu chuẩn .
• Đối với các chất hữu cơ, nhiệt đốt cháy là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy
1 mol chất hữu cơ bằng oxy vừa đủ tạo thành khí CO
2
, nước lỏng và một số sản phẩm
khác ( N
2
, X
2
, HX )
TD: C
2
H
6
(k) + 3,5 O
2
(k) → 2 CO
2
(k)

+ 3H
2
O (l) , ∆H
0
298
= -1558,39 kJ.

∆H
0
298 đc C

d. Phương trình nhiệt hóa và chiều diễn ra của các quá trình hoá học:
• Phương trình nhiệt hóa là phương trình phản ứng hóa học thông thường có ghi
kèm hiệu ứng nhiệt và trạng thái tập hợp, dạng thù hình của các chất.
• Có thể xử lý các phương trình nhiệt hóa như những phương trình đại số
(cộng, trừ, nhân với một hệ số, đổi chiều thì
∆
H cũng chịu cùng cách xử
lý)
TD: Cho: (1) C(graphit) + O
2
(k) →CO
2
(k) , ∆H
0
298 (1)
(2) C(graphit) +1/2 O
2
(k) →CO(k) , ∆H
0
298 (2)
Tính: (3) 2CO(k) + O
2
(k) →2CO
2
(k) , ∆H
0
298 (x)
= ?
Nhận xét: [(1) – (2)]2 = (3) => ∆H
0

= -92,8kJ
C(graphit) + H
2
O(k) → CO(k) + H
2
(k),

∆H
0
298
= +131,3 kJ
Chú ý: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng tỷ lệ với lượng chất của phản ứng
TD: H
2
(k) + Cl
2
(k) → 2 HCl(k)

∆H
0
298
= - 185,6kJ
3. Các định luật nhiệt hóa và hệ quả
a. Định luật Lavoisier – La Place:
Hiệu ứng nhiệt của phản ứng nghịch bằng hiệu ứng nhiệt của phản ứng thuận
nhưng trái dấu.
Ví dụ: ½ H
2
(k) + ½ I
2

298 PƯ
= ∑ ∆H
0
298 tt (SẢN PHẨM)
- ∑ ∆H
0
298 tt (CHẤT ĐẦU)
• Hệ quả 2: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt đốt cháy của các chất
đầu trừ đi tổng nhiệt đốt cháy của các sản phẩm phản ứng.
∆H
0
298 PƯ
= ∑ ∆H
0
298 đc (CHẤT ĐẦU)
- ∑ ∆H
0
298 đc (SẢN PHẨM)
• Hệ quả 3: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng năng lượng liên kết trong
các chất đầu trừ tổng năng lượng liên kết trong các sản phẩm.
∆H
0
298 PƯ
= ∑E
lk (CHẤT ĐẦU)
- ∑E
lk (SẢN PHẨM)
TD: 2CH
4
(k) → C

* ∆H
0
298 x
= 2∆H
0
298 đc CH4(k)
- ∆H
0
298 đc C2H2(k)
- 3∆H
0
298 tt H2O(l)

* ∆H
0
298 x
= 8E
C─H
– E
C≡C
– 2E
C─H
– 3E
H─H

* Áp dụng định luật Hess và hệ quả:
TD
1
: Cho : C(graphit) + O
2

CaCO
3
(r ) → CaO(r)

+ CO
2
(k)
∆H
0
298 tt
(kJ/mol)
-1206.9 -635.5 -393.5
=> ∆H
0
298
= (-635.5 - 393.5) - (-1206.9) = + 177.9 kJ.
TD
3
: Tính năng lượng liên kết O─H trong phân tử H
2
O, biết:
2H(k) + O(k) → H
2
O(k), ∆H
0
= -924.2 kJ => E
phân ly

H
2

dT
dQ
C
p
p
=
dT
dQ
C
V
V
=
Q
p
=
∆
H Q
V
=
∆
U
dT
Hd
C
p
∆
=
dT
Ud
C

1
)
Với: ∆Cp = ∑Cp(sản phẩm) - ∑Cp(chất đầu)
TD: Tính ∆H
0
398
của phản ứng : CO(k) + ½O
2
(k) → CO
2
(k)

,biết ∆H
0
298
= -283,0 kJ và
nhiệt dung mol đẳng áp của các chất CO, O
2
và CO
2
lần lượt là Cp= 6,97; 7,05; và
8,96 cal/mol
o
K.
Giải: ∆Cp = 8,96 – 6,97 – ½.7,05 = -1,535 cal/K = - 6,42 J/K
=> ∆H
0
398
= ∆H
0